import java.lang.reflect.Array;
import java.util.ArrayDeque;
import java.util.Arrays;
import java.util.Deque;

/**
 * Created with IntelliJ IDEA.
 * Description:
 * User: dings
 * Date: 2024-07-20
 * Time: 14:14
 */
public class Test {


    /**
     * 直接插入排序
     * 时间复杂度：最坏：O（N^2） 最好：O(N)
     * 空间复杂度：O（1）
     * 稳定
     * @param arr
     */
    public void insertSort(int[] arr) {
        for (int i = 1; i < arr.length; i++) {
            int tmp = arr[i];
            int j = i-1;
            for ( ; j >= 0 ; j--) {
                if (arr[j] > tmp) {
                    arr[j+1] = arr[j];
                }else {
                    arr[j+1] = tmp;
                    break;
                }
            }
            arr[j+1] = tmp;
        }
    }

    /**
     * 选择排序
     * 时间复杂度：O(N^2) 和数据 是否有序无关,一定是O(N^2)
     * 空间复杂度O（1）
     * 不稳定
     * @param arr
     */
    public void selectSort(int[] arr) {
        int left = 0;
        int right = arr.length-1;
        for ( ; left < right; left++) {
            int minIndex = left;
            for (int i = left; i < arr.length; i++) {
                if (arr[i] < arr[minIndex]) {
                    minIndex = i;
                }
            }
            swap(arr,left,minIndex);
        }
    }

    /**
     * 直接选择排序的优化
     * @param arr
     */

    public void selectSort2(int[] arr) {
        int left = 0;
        int right = arr.length-1;
        while (left < right) {
            int maxIndex = left;
            int minIndex = left;
            for (int i = left+1; i <= right ; i++) {
                if(arr[i] < arr[minIndex]) {
                    minIndex = i;
                }
                if (arr[i] > arr[maxIndex]) {
                    maxIndex = i;
                }
            }
            swap(arr,left,minIndex);
            //当最大值正好是  left下标时  此时 把最大值换到了minIndex的位置了
            if (maxIndex == left) {
                maxIndex = minIndex;
            }
            swap(arr,right,maxIndex);
            left++;
            right--;
        }
    }


    /**
     * 堆排序：建堆-》堆排序
     * 时间复杂度：O（N*logN）
     * 时间复杂度：O（1）
     * 不稳定
     * @param arr：无序数组
     */
    public void sortHeap(int[] arr) {
        createHeap(arr);
        int end = arr.length-1;
        while (end > 0) {
            swap(arr, 0, end);
            siftDown(arr, 0, end);
            end--;
        }
    }
    /**
     * 向下调整建堆
     * @param arr ：无序数组
     */
    public void createHeap(int[] arr) {
        int parent = (arr.length-1-1)/2;
        for ( ; parent >= 0 ; parent--) {
            siftDown(arr,parent, arr.length);
        }
    }
    /**
     * 向下调整算法
     * @param arr
     * @param parent
     */
    private void siftDown(int[] arr, int parent,int usedSize) {
        int child = parent*2+1;
        while (child < usedSize) {
            if (child+1 < usedSize) {
                if (arr[child+1] > arr[child]) {
                    child += 1;
                }
            }
            if (arr[parent] < arr[child]) {
                swap(arr,parent,child);
                parent = child;
                child = parent*2+1;
            }else {
                break;
            }
        }
    }


    /**
     * 冒泡排序
     * 时间复杂度：【讨论没有优化的情况下，也就是 没有下方的boolean元素和-i操作】O（N^2）
     * 优化后的时间复杂度会达到O（N） （第一趟就排好序了）
     * 空间复杂度：O(1)
     * @param arr
     */
    public void bubble(int[] arr) {
        for (int i = 0; i < arr.length-1; i++) {
            boolean flg = false;
            for (int j = 0; j < arr.length-1-i; j++) {
                if (arr[j]>arr[j+1]) {
                    swap(arr,j,j+1);
                    flg = true;
                }
            }
            if (!flg) {
                break;
            }
        }
    }
    /**
     * 快速排序
     * 时间复杂度：最好情况下：O（N*logN）   最坏情况下：O（N^2）
     * 优化后可以稳定为：O（N*logN）
     * 空间复杂度：最坏情况：O(N)          最好情况：O(logN)
     * @param arr ：待排序数组
     */
    public void quickSort(int[] arr) {
        quickNor(arr,0, arr.length-1);
    }


    public void quick(int[] arr,int start,int end) {
        if (start >= end) {
            return;
        }
        //避免末尾的大量递归
        if(end - start + 1 <= 7) {
            insertSortRange(arr,start,end);
            return;
        }
        //三数取中
        int midIndex = findMiddle(arr,start,end);
        swap(arr,midIndex,start);

        int pivot = partitionHole(arr, start, end);
        quick(arr,start,pivot-1);
        quick(arr,pivot+1,end);
    }

    /**
     * 直接插入排序-》区间内的插入排序
     * @param arr
     * @param start 区间的起始
     * @param end 区间的结束，[start,end]
     */
    private void insertSortRange(int[] arr, int start, int end) {
        for (int i = start+1; i <= end; i++) {
            int tmp = arr[i];
            int j = i-1;
            for ( ; j >= start ; j--) {
                if (arr[j] > tmp) {
                    arr[j+1] = arr[j];
                }else {
                    arr[j+1] = tmp;
                    break;
                }
            }
            arr[j+1] = tmp;
        }
    }


    /**
     * 快排优化-》三数取中法
     * @param arr 待排序数组
     * @param left  序列的起始位置
     * @param right 序列的结束位置
     * @return 返回中间值的下标
     */
    private int findMiddle(int[] arr, int left, int right) {
        int mid = (left+right)/2;

        //选出中间值
        if (arr[left] > arr[right]) {
            if (arr[mid] > arr[left]) {
                return left;
            }else if (arr[mid] < arr[right]) {
                return right;
            }else {
                return mid;
            }
        }else {
            if (arr[left] > arr[mid]) {
                return left;
            } else if (arr[mid] > arr[right]) {
                return right;
            }else {
                return mid;
            }
        }
    }

    /**
     * Hoare法
     * @param arr 无序序列
     * @param left 起始位置
     * @param right 结束位置
     * @return 排好序的基准值的下标
     */
    public int partitionHoare(int[] arr,int left,int right) {
        int tmpLeft = left;
        int tmp = arr[left];
        while (left < right) {
            //等于tmp时，right也要--！！！
            while (left < right && arr[right] >= tmp) {
                right--;
            }
            //等于tmp时，left也要++！！！
            while (left < right && arr[left] <= tmp) {
                left++;
            }
            swap(arr,left,right);
        }
        swap(arr,tmpLeft,left);
        return left;
    }

    /**
     * 挖坑法
     * @param arr 无序序列
     * @param left 起始位置
     * @param right 结束位置
     * @return 排好序的基准值的下标
     */
    public int partitionHole(int[] arr,int left,int right) {
        int tmp = arr[left];
        while (left < right) {
            //等于tmp时，right也要--！！！
            while (left < right && arr[right] >= tmp) {
                right--;
            }
            //挖坑法只需覆盖数据 填坑即可，不需要交换
            arr[left] = arr[right];
            //等于tmp时，left也要++！！！
            while (left < right && arr[left] <= tmp) {
                left++;
            }
            //挖坑法只需覆盖数据 填坑即可，不需要交换
            arr[right] = arr[left];
        }
        //将相遇位置的坑 填上tmp（基准值）
        arr[left] = tmp;
        return left;
    }


    /**
     * 前后指针法
     * @param arr 无序数组
     * @param left 起始位置
     * @param right 结束位置
     * @return 排好序的基准值的下标
     */
    public int partitionFrontRearPointer(int[] arr, int left, int right) {
        int prev = left ;
        int cur = left+1;
        while (cur <= right) {
            if(arr[cur] < arr[left] && arr[++prev] != arr[cur]) {
                swap(arr,cur,prev);
            }
            cur++;
        }
        swap(arr,prev,left);
        return prev;
    }

    /**
     * 非递归实现快排
     * @param arr
     * @param start
     * @param end
     */
    public void quickNor(int[] arr,int start,int end) {
        Deque<Integer> stack = new ArrayDeque<>();
        //排基准值
        int pivot = partitionHole(arr,start,end);
        //若有左序列且数量不为1，则入栈
        if (start+1 < pivot) {
            stack.push(start);
            stack.push(pivot-1);
        }
        //若有右序列且数量不为1，则出栈
        if (end-1 > pivot) {
            stack.push(pivot+1);
            stack.push(end);
        }
        //循环，直至栈为空
        while (!stack.isEmpty()) {
            end = stack.pop();
            start = stack.pop();
            pivot = partitionHole(arr,start,end);
            if (start+1 < pivot) {
                stack.push(start);
                stack.push(pivot-1);
            }
            if (end-1 > pivot) {
                stack.push(pivot+1);
                stack.push(end);
            }
        }
    }


    private void swap(int[] arr, int left, int right) {
        int tmp = arr[left];
        arr[left] = arr[right];
        arr[right] = tmp;
    }


    public static void main(String[] args) {
        Test test = new Test();
        int[] arr = {2,3,43,234,1,56,19,34,4,5,34,5,0,23243};
        /*test.insertSort(arr);
        System.out.println(Arrays.toString(arr));*/

        test.quickSort(arr);
        System.out.println(Arrays.toString(arr));
    }
}
